Sumário

Prefácio VSimbologia VII

Capítulo 1Energia Hidráulica 11.1 Modelagem 31.2 Sistema Equivalente Hidromecânico 4

1.2.1 Hipóteses - Energias 41.2.2 Potências Bruta e Disponível 61.2.3 Energia Perdida no Sistema de Admissão 61.2.4 Potências e Rendimentos 6

1.3Energia Hidráulica de um Rio , 81.3.1 Potência e Energia Teórica Média 81.3.2 Potência e Energia Teórica Média de Aproveitamento em Cascata 101.3.3 Aplicação 12

1.4 Exercícios 131.5 Referências 15

Capítulo 2Implantação de Centrais Hidrelétricas 172.1 Classificação das Centrais Hidrelétricas 192.2 Benefícios e Vantagens das PCH 2O2.3 Geração Hidrelétrica 212.4 Etapas para Implantação 222.5 Interligação dos Estudos e Projeto 252.6 Estudos Gerais 252.7 Projeto - Especificações 36

2.7.1 Tipos de Arranjos 362.7.2 Centrais Hidrelétricas de Baixa Queda 412.7.3 Centrais Hidrelétricas Maré Motriz 482.7.4 Obras Civis 502.7.5 Equipamentos Mecânicos e Hidromecânicos 512.7.6 Equipamentos Elétricos 52

2.8 Análise Econômico-Financeira 52

XXVIII CENTRAIS HIDRELÉTRICAS

2.9 Fluxogramas para Implantação 542.10 Procedimento Geral para Elaboração do Projeto Básico de PCH 58

2.10.1 Requisitos Gerais 582.10.2 Memorial Descritivo 582.10.3 Desenhos 62

2.11 Exercícios , 632.12 Referências 64

Capítulo 3Estudo Hidrenergético 673.1 Reservatórios 693.2 Hidrologia Aplicada à Geração 74

3.2.1 Introdução 743.2.2 Levantamento e Disponibilidade de Dados 74

3.2.2.1 Postos fluviométricos 743.2.2.2 Apresentação dos dados 763.2.2.3 Complementação de Séries 79

3.2.3 Transposição de Vazões 813.2.4 Caracterização Estatística das Vazões 83

3.2.4.1 Fluviograma 833.2.4.2 Curva de Duração de Vazões 843.2.4.3 Períodos Crítico, Crítico de Ciclo Completo, Seco e Úmido 873.2.4.4 Diagrama de Rippl 88

3.2.5 Regularização de Vazões 933.2.6 Vazões Extremas 101

3.3 Níveis - Quedas 1063.3.1 Nível Máximo Normal 1073.3.2 Deplecionamento do Reservatório 1113.3.3 Nível da Água Normal de Montante 1123.3.4Níveis da Água de [usante 1123.3.5 Quedas 1133.3.6 Algoritmo 1133.3.7 Aplicação 114

3.4 Vazão de Projeto - Potências 1143.4.1 Campo de Funcionamento 1143.4.2 Benefícios - Custos 1173.4.3 Critérios de Motorização 120

3.4.3.1 Critério da Vazão Firme 1203.4.3.2 Critério do Fator de Capacidade 1213.4.3.3 Critério da Maximização do Benefício Líquido 1213.4.3.4 Critério da Média-Variância 123

SUMÁRIO XXIX

3.4.4 Estudos Complementares para a Motorização 1293.4.4.1 Efeito da Regularização Diária 1293.4.4.2 Técnicas de Simulação 130

3.4.5 Potências - Energias 1343.5 Guia Prático para Avaliação Expedita de Potencial Hidráulico 135

3.5.1 Objetivos - Conteúdo 1353.5.2 Base Teórica 1363.5.3 Roteiro 1383.5.4 Aplicação do Roteiro 1423.5.5 Comentários - Recomendações 143

3.6 Exercícios 1443.7 Referências 147

Capítulo 4Obras Civis - Equipamentos Hidromecânicos 1494.1 Barragens .....................................................•...........................................................151

4.1.1 Conceitos - Tipos 1514.1.2 Condições de Carregamento 1564.1.3 Estabilidade 1584.1.4 Cálculo e Projeto ............................................................•............................1604.1.5 Exemplo do Cálculo de Estabilidade de Barragem de Concreto 162

4.1.5.1 Hipóteses 1624.1.5.2 Algoritmo 1654.1.3.3 Aplicação 169

4.2 Extravasor (Vertedouro ) 1694.3 Tomada da Água 1704.4 Comportas 174

4.4.1 Conceito - Classificação - Tipos 1744.4.2 Escolha do Tipo 1894.4.3 Cargas 1904.4.4 Base Teórica das Cargas Hidrostáticas 1924.4.5 Tipos de Carregamento 1944.4.6 Tensões Admissíveis 1954.4.7 Vazão Através da Comporta 1964.4.8 Conteúdo da Memória de Cálculo 1964.4.9 Aplicação 197

4.4.9.1 Elementos fornecidos e fixados 1984.4.9.2 Tensão na chapa do paramento 1984.4.9.3 Cálculo das vigas horizontais 199

4.5Grade de Tomada da Água 2024.5.1 Características 2024.5.2. Cargas 204

xxx CENTRAIS HIDRELÉTRICAS

4.5.3 Tipos de Carregamento 2054.5.4 Tensões Adrnissíveis 2054.5.5 Espaçamento entre Barras Verticais 2064.5.6 Vibrações 2064.5.7 Perda de Carga 2074.5.8 Custo 2074.5.9 Aplicação 207

4.5.9.1 Elementos fornecidos e fixados 2074.5.9.2 Cálculo estrutural das barras verticais 2084.5.9.3 Cálculo estrutural das barras horizontais 2094.5.9.4 Análise de vibração 209

4.6 Válvulas 2114.6.1 Conceito - Tipos - Nomenclatura 2114.6.2 Cargas - Dimensionamento 2174.6.3 Cargas Hidrostáticas 2184.6.4 Carga do Peso da Válvula , 2184.6.5 Carga de Aperto 2184.6.6 Carga do Contrapeso 2194.6.7 Vazão 221

4.7 Desvio do Rio 2214.7.1 Considerações 2214.7.2 Altura de Ensecadeira 222

4.7.2.1 Método de Recorrência 2224.7.2.2 Método Expedito 2244.7.2.3 Algoritmo 2254.7.2.4 Aplicação 226

4.7.3 Outros Componentes 2274.8 Exercícios 2274.9 Referências 229

Capítulo 5Sistema de Baixa Pressão 2335.1Operação de CH 235

5.1.1Regime Transitório 2355.1.2Golpe de Aríete 2375.1.3Tempo Hidráulico do Conduto 2405.1.4Comprimento Máximo do Conduto Forçado 241

5.2 Canais 2445.2.1 Conceitos , 2445.2.2Energia Cinética 2455.2.3Velocidades 247

SUMÁRIO XXXI

5.2.4 Equação Geral dos Canais 2485.2.5 Canais para CH 2505.2.6 Algoritmo : 2515.2.7 Aplicação 252

5.3 Desarenador 2525.3.1 Características - Equacionamento 1•••••••••• 2525.3.2 Algoritmo 2545.3.3 Aplicação 255

5.4 Câmara de Carga 2555.4.1 Conceitos - 'Objetivos 2555.4.2 Partida Brusca 2575.4.3 Parada Brusca 2585.4.4 Algoritmo 2595.4.5 Aplicação 2605.4.6 Comentários 260

5.5 Conduto de Baixa Pressão 2605.6 Túnel Forçado de Seção Circular 2625.7 Chaminé de Equilíbrio 264

5.7.1 Critérios - Dimensões 2645.7.2 Variações do Nível- Período de Oscilação 2655.7.3 Algoritmo 2665.7.4 Aplicação 268

5.8 Exercícios 2685.9 Referências 269

Capítulo 6Sistema de Alta Pressão 2716.1 Conduto Forçado 273

6.1.1 Tipos e Limitações 2736.1.2 Diâmetro 2746.1.3 Algoritmo 2766.1.4 Aplicação ..............................................................•.......................................278

6.2Blocos de Apoio - Selas - e de Ancoragem 2786.2.1 Esquemas, Convenções e Distâncias 278

6.2.1.1 Esquemas e Convenções 2786.2.1.2 Distância entre Selas de Concreto 2796.2.1.3 Distância entre Blocos 279

6.2.2 Blocos de Apoio - Selas 2806.2.2.1 Características 2806.2.2.2 Forças 2826.2.2.3 Estabilidade 284

XXXII CENTRAIS HIDRELÉTRICAS

6.2.2.4 Algoritmo 2856.2.2.5 Aplicação 286

6.2.3 Blocos de Ancoragem 2866.2.3.1 Características 2866.2.3.2 Forças 2906.2.3.3 Estabilidade 2986.2.3.4 Algoritmo 3006.2.3.5 Aplicação 303

6.3 Vibrações em Condutos Forçados 3046.3.1 Origem das Vibrações 3046.3.2 Modos de Vibração 3056.3.3 Cálculo das Vibrações em TH 3056.3.4 Frequência Natural de Vibração do Conduto 305

6.4 Otimização de Condutos Forçados 3066.5 Exercícios , 3086.6 Referências 308

Capítulo 7Grupos Geradores 3097.1 Tipos - Componentes 3117.2 Turbinas Hidráulicas - TH 312

7.2.1 Classificação - Tipos 3127.2.2 Turbinas Hidráulicas de Ação 3137.2.3 Turbinas Hidráulicas com Rotor Francis 3157.2.4 Turbinas Hidráulicas com Rotor Axial 3177.2.5 Turbinas Hidráulicas Tubulares 319

7.2.5.1 Conceito - Tipos 3197.2.5.2 Grupo Gerador S 3217.2.5.3Grupo Gerador Bulbo 3227.2.5.4 Grupo Gerador Poço 3267.2.5.5 Grupo Gerador Straflo 327

7.2.6 Turbinas Hidráulicas Cinéticas 3287.2.7 Equação Fundamental 3317.2.8 Rotação Específica 3337.2.9 Campo Operacional 3357.2.10 Altura de Sucção 3367.2.11 Rotação de Disparo 3387.2.12Dimensões de Montagem " 339

7.2.12.1 Dimensão característica 3397.2.12.2 Espirais 3407.2.12.3 Tubo de Sucção 341

l...\.1..~(;1:\1Yo "Bulbo 3427.2.12.5 Volante 343

SUMÁRIO XXXIII

7.2.13Escolha do Tipo de TH 3447.2.13.1 Roteiro 3447.2.13.2 Aplicação 346

7.3Número de Grupos Geradores 3467.3.1 Critérios - Limitações 3467.3.2 Determinação Preliminar 3477.3.3Algoritmo para Número de GG com Caixa Espiral 349

7.3.3.1 Considerações e Limitações 3497.3.3.2 Algoritmo 3507.3.3.3 Aplicação 354

7.3.4Algoritmo para Número de Grupos Bulbos 3567.3.4.1 Considerações e Limitações : 3567.3.4.2 Algoritmo 3587.3.4.3 Aplicação 359

7.4Geradores Elétricos - GE 3607.4.1 Classificação - Tipos 360

7.4.1.1 Características Gerais 3607.4.1.2 Análise Dimensional 361

7.4.2 Especificação Mínima 3627.4.2.1 Potência Nominal 3627.4.2.2 Tensão Nominal 3647.4.2.3 Fator de Potência Nominal 3657.4.2.4 Reatância de Eixo Direto 3657.4.2.5 Rotação Nominal 3667.4.2.6 Características Físicas 366

7.4.3 Arranjos de Montagens 3687.4.4 Graus de Proteção 3727.4.5 Circuitos de Refrigeração 3747.4.6 Sistemas de Excitação 3757.4.7 Dimensionamento das Fundações dos GE 3767.4.8 Especificações Adicionais 378

7.4.8.1 Ensaios de Rotina 3797.4.8.2 Ensaios de Tipo 379

7.5 Reguladores de Velocidade - RV 3807.5.1 Conceitos - Tipos : 3807.5.2 Características 382

7.6Reguladores de Tensão - RT 3857.7 Supervisão de CH 3867.8 Subestações 3907.9 Sistemas Auxiliares 3927.10 Exercícios 3947.11 Referências 395

XXXIV CENTRAIS HIDRELÉTRICAS

Capítulo 8Casa de Máquinas - Sistema de Descarga 3998.1 Casa de Máquinas 401

8.1.1 Etapas - Fases 4018.1.2 Projeto Básico 402

8.1.2.1 Dados 4028.1.2.2 Roteiro 403

8.2 Sistema de Descarga 4088.2.1 Descarga das TH 4088.2.2 Descarga de Extravasores, Válvulas e Comportas 409

8.3 Exercícios 4128.4 Referências 413

Capítulo 9Apêndice 4159.1 Perdas de Energia 417

9.1.1 Energia Específica Perdida nos Trechos Retos dos Condutos 4179.1.2Energia Específica Perdida nas Singularidades 4189.1.3Coeficientes de Perda Específica de Energia nas Singularidades 419

9.1.3.1 Reservatório - Conduto 4199.1.3.2 Estreitamento e Alargamento Brusco 4209.1.3.3 Estreitamento e Alargamento Gradual 4209.1.3.4 Curva Circular com e < 90° 4219.1.3.5 Curva Circular de 90° 4219.1.3.6 Desvios 4219.1.3.7 Bifurcação com Cantos Vivos e Arredondados - Seções

Circulares : 4229.1.3.8Bifurcação com Redução e Reduções Simétricas - Seções

Circulares 4249.1.3.9 Juntas de Dilatação 4259.1.3.10 Válvulas 425·9.1.3.11 Grades 427

9.2 Comissionamento de Centrais Hidrelétricas 4289.2.1 Introdução , · 4289.2.2 Modelo Geral de Plano para Ensaio de Recepção 4299.2.3Modelo de Plano para Ensaio de Recepção de TB 4389.2.4 Deterrnin.ação das Quedas Líquidas para TB 4439.2.5 Deterrnin.ação das Potências Hidráulicas para TB 4459.2.6 Deterrnin.ação dos Rendimentos no Eixo da TB 4459.2.7 Deterrnin.ação do Rendimento Ponderado da TB 4459.2.8 Relatório dos Ensaios de Cornissionamento de GB 446

SUMÁRIO xxxv

9.3Roteiros para Estudos de Implantação 4469.3.1Roteiro Geral Síntese 4479.3.2Roteiro para PCH 449

9.4Diretrizes Gerais para Operação e Manutenção de PCH 4569.4.1Diagnóstico e Providências 4569.4.2Diretrizes e Recomendações para Manual de Operação 466

9.4.2.1 Definições 4669.4.2.2 Necessidades 4679.4.2.3Operação da PCH depois de parada de todas suas unidades ..4689.4.2.4 Parada normal de uma unidade 4719.4.2.5 Parada normal de todas as unidades 4729.4.2.6 Parada de emergência de uma unidade 4729.4.2.7 Parada de emergência de todas as unidades 472

9.4.3Diretrizes e Recomendações para Manual de Manutenção 4739.4.3.1 Necessidades e Conteúdo 4739.4.3.2 Diretrizes 4739.4.3.3 Programação 479

9.5 Referências 482